EP2409394B1

EP2409394B1 - Verfahren zum betrieb einer umrichterschaltung sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: EP2409394B1
Application number: EP10768906.9A
Authority: EP
Inventors: Manfred Winkelnkemper; Arthur Korn
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: CN102577077A; JP2013507900A; CN102577077B; WO2011045230A3; EP2409394A2; RU2012119741A; CA2776859C; US20120201057A1; US8717787B2; KR20120088706A; JP5738873B2; BR112012008817A2; WO2011045230A2; RU2536162C2; CA2776859A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Umrichterschaltungen werden heute in einer Vielzahl an Anwendungen eingesetzt. Eine in der Spannung besonders einfach zu skalierende Umrichterschaltung ist in der WO 2007/023064 A1 angegeben. Darin weist die Umrichterschaltung ein erstes und ein zweites Teilumrichtersystem auf, wobei die Teilumrichtersysteme über zwei in Serie geschaltete Induktivitäten seriell miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt der beiden in Serie geschalteten Induktivitäten bildet einen Ausgangsanschluss beispielsweise für eine elektrische Last. Jedes Teilumrichtersystem umfasst mindestens eine zweipolige Schaltzelle, wobei im Falle mehrerer Schaltzellen eines Teilumrichtersystems diese Schaltzellen seriell miteinander verbunden sind. Jede zweipolige Schaltzelle weist zwei in Serie geschaltete ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter mit gesteuerter unidirektionaler Stromführungsrichtung und einen zu der Serienschaltung der Leistungshalbleiterschafter parallel geschalteten kapazitiven Energiespeicher auf.
Für den Betrieb einer Umrichterschaltung nach der WO 2007/023064 A1 ist eine gängige Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, vorgesehen, welche eine erste Ansteuerschaltung zur Erzeugung eines Ansteuersignals zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des ersten Teilumrichtersystems und eine zweite Ansteuerschaltung zur Erzeugung eines weiteren Ansteuersignals zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des zweiten Teilumrichtersystems aufweist.
Typischerweise wird die Umrichterschaltung nach der WO 2007/023064 A1 derart betrieben, dass am Ausgangsanschluss eine reine Wechselspannung und ein reiner Wechselstrom bereitgestellt werden. Die Auslegung der kapazitiven Energiespeicher der Schaltzellen erfolgt derart, dass die Spannungswelligkeit an den kapazitiven Energiespeichern für einen gegeben Maximalstrom am Ausgangsanschluss und eine gegebene Frequenz dieses Stromes innerhalb einer vorgegeben Schwankungsbreite bleibt. Wird eine kleine Frequenz gewünscht als die, die bei der Dimensionierung zugrunde gelegt wurde, dann steigt die Spannungswelligkeit an. Soll ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom mit Gleichstromanteil am Ausgangsanschluss bereitgestellt werden, dann steigt die Spannungswelligkeit nahezu ins Unendliche. Die kapazitiven Energiespeicher müssten in diesem Fall entweder von extern gespeist werden oder unendlich gross gewählt werden, damit sie beim Betrieb mit Gleichstrom oder Gleichstromanteil am Ausgangsanschluss nicht vollständig entladen bzw. beliebig überladen werden.
Darüber hinaus ist in der DE 10 2008 014 898 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung nach der vorstehend genannten WO 2007/023064 A1 angegebene, welches eine vom gewünschten Strom am Ausgangsanschluss, d.h. von dessen Frequenz unabhängige Dimensionierung der kapazitiven Energiespeicher der Schaltzellen ermöglicht. Ferner ist in der WO 2007/033852 A2 auch ein gattungsgemässes Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung angegeben. Zudem ist in "On Dynamics and Voltage Control of the Modular Multilevel Converter", Power Electronics and Applications, 2009, EPE 2009, 13th European Conference on IEEE, 18.09.2009 ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb einer vorstehend genannten Umrichterschaltung angegeben. Darüber hinaus offenbart die EP 1 253 706 A eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Übertragung von Wirkleistung, bei welchem Verfahren Spannungen von Zwischenkreiskondensatoren der Stromrichter der Schaltungsanordnung und eine Commonmode-Spannung der wechselspannungsseitigen Anschlüsse der Schaltungsanordnung mittels einer gemeinsamen Regelung geregelt werden. Die Zwischenkreiskondensatorspannungen werden im wesentlichen konstant gehalten, obwohl die zweiten Stromrichter Wirkleistung mit einer Last und mit dem ersten Stromrichter austauschen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein alternatives Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung anzugeben, mittels welchem eine vom gewünschten Strom am Ausgangsanschluss der Umrichterschaltung, d.h. von dessen Frequenz, unabhängige Dimensionierung der kapazitiven Energiespeicher der Umrichterschaltung ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der das erfindungsgemässe Verfahren in besonders einfacher Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Umrichterschaltung weist ein erstes und ein zweites Teilumrichtersystem auf, wobei die beiden Teilumrichtersysteme seriell miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt der beiden Teilumrichtersysteme bildet einen Ausgangsanschluss. Jedes Teilumrichtersystem umfasst eine Induktivität und mindestens eine dazu seriell geschaltete zweipolige Schaltzelle, und jede Schaltzelle weist zwei in Serie geschaltete ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter mit gesteuerter unidirektionaler Stromführungsrichtung und einen zu der Serienschaltung der Leistungshalbleiterschalter parallel geschalteten kapazitiven Energiespeicher auf. Vorzugsweise entspricht die Anzahl Schaltzellen des ersten Teilumrichtersystems der Anzahl Schaltzellen des zweiten Teilumrichtersystems. Verfahrensmässig werden die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des ersten Teilumrichtersystems mittels eines Ansteuersignals und die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des zweiten Teilumrichtersystems mittels eines weiteren Ansteuersignals angesteuert. Erfindungsgemäss wird nun das Ansteuersignal aus einem Spannungssignal über den Induktivitäten und einer Schaltfunktionen für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des ersten Teilumrichtersystems gebildet, und das weitere Ansteuersignal wird aus dem Spannungssignal über den Induktivitäten und einer Schaltfunktion für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des zweiten Teilumrichtersystems gebildet, wobei die Schaltfunktionen mittels eines Spannungssignals bezüglich der Spannung am Ausgangsanschluss und einem wählbaren Referenzsignal, insbesondere gleichzeitig, gebildet werden. Für jeden Phasenbaustein wird das Spannungssignal über den Induktivitäten dann aus einem Stromsignal der Teilumrichtersysteme gebildet. Zudem wird für jeden Phasenbaustein das Stromsignal der Teilumrichtersysteme wiederum aus einem Stromsignalamplitudenwert gebildet und für jeden Phasenbaustein wird der Stromsignalamplitudenwert aus dem Stromistwert am Ausgangsanschluss und dem Referenzsignal gebildet. Mittels des Spannungssignals über den Induktivitäten für die Erzeugung des Ansteuersignals und des weiteren Ansteuersignals und durch das Spannungssignal bezüglich der Spannung am Ausgangsanschluss zur Erzeugung der Schaltfunktionen, kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Spannungswelligkeit an den kapazitiven Energiespeichern bei einem gewünschten Strom am Ausgangsanschluss der Umrichterschaltung signifikant verringert werden kann, wodurch die Auslegung bzw. Dimensionierung der kapazitiven Energiespeicher lediglich bezüglich der nun verringerten Spannungswelligkeit erfolgen muss und damit unabhängig von dem gewünschten Ausgangsstrom ist. Allgemein kann das Spannungssignal über den Induktivitäten und das Spannungssignal bezüglich der Spannung am Ausgangsanschluss einen beliebigen zeitlichen Verlauf aufweisen. Vorzugsweise ist das Spannungssignal über den Induktivitäten und das Spannungssignal bezüglich der Spannung am Ausgangsanschluss aber beispielsweise eine sinusförmige Schwingung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb der Umrichterschaltung weist für jeden Phasenbaustein eine der Erzeugung des Ansteuersignals dienende erste Ansteuerschaltung auf, welche erste Ansteuerschaltung mit den Leistungshalbleiterschaltern der Schaltzellen des ersten Teilumrichtersystems verbunden ist. Ferner weist die Vorrichtung für jeden Phasenbaustein eine der Erzeugung des weiteren Ansteuersignals dienende zweite Ansteuerschaltung auf, welche zweite Ansteuerschaltung mit den Leistungshalbleiterschaltern der Schaltzellen des zweiten Teilumrichtersystems verbunden ist. Nach der Erfindung ist nun bezüglich eines jeden Phasenbausteins der ersten Ansteuerschaltung zur Bildung des Ansteuersignals die Summe aus dem Spannungssignal über den Induktivitäten und der Schaltfunktion für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des ersten Teilumrichtersystems zugeführt. Bezüglich eines jeden Phasenbausteins ist der zweiten Ansteuerschaltung zur Bildung des weiteren Ansteuersignals die Summe aus dem Spannungssignal über den Induktivitäten und einer Schaltfunktion für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen des zweiten Teilumrichtersystems zugeführt. Darüber hinaus ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins eine erste Berechnungseinheit zur Berechnung der Schaltfunktionen aus einem Spannungssignal bezüglich der Spannung am Ausgangsanschluss und einem wählbaren Referenzsignal vorgesehen, wobei die Spannungssignale bezüglich der Spannung an den Ausgangsanschlüssen der Phasenbausteine phasengleich gewählt sind. Ferner ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins eine zweite Berechnungseinheit zur Bildung des Spannungssignals über den Induktivitäten aus dem besagten Stromsignal der Teilumrichtersysteme vorgesehen. Zudem ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins eine dritte Berechnungseinheit zur Bildung des Stromsignals der Teilumrichtersysteme aus dem Stromsignalamplitudenwert sowie eine vierte Berechnungseinheit zur Bildung des Stromsignalamplitudenwertes aus dem Stromistwert am Ausgangsanschluss und dem Referenzsignal vorgesehen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb der Umrichterschaltung ist somit sehr einfach und kostengünstig realisierbar, da der Schaltungsaufwand äusserst gering gehalten werden kann und zudem nur eine geringe Anzahl an Bauelementen für den Aufbau benötigt wird. Mittels dieser Vorrichtung ist das erfindungsgemässe Verfahren somit besonders einfach durchführbar.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1: eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Umrichterschaltung nach dem Stand der Technik,
Fig. 2: eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Betrieb einer Umrichterschaltung,
Fig. 3: ein zeitlicher Verlauf eines Gesamtausgangsstromes der Umrichterschaltung,
Fig. 4: ein zeitlicher Verlauf einer Spannung am Ausgangsanschluss der Umrichterschaltung, und
Fig. 5: ein zeitlicher Verlauf des Stromes durch das erste Teilumrichtersystem und des Stromes durch das zweite Teilumrichtersystem.

Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist, wie eingangs bereits erwähnt, eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Umrichterschaltung nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nur ein Phasenbaustein 11 der Umrichterschaltung dargestellt ist. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Betrieb einer Umrichterschaltung, wobei auch in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nur ein Phasenbaustein 11 der Umrichterschaltung gezeigt ist. Die Umrichterschaltung gemäss Fig. 2 weist allgemein mindestens zwei Phasenbausteine 11 auf, wobei jeder Phasenbaustein ein erstes und ein zweites Teilumrichtersystem 1, 2 umfasst und die beiden Teilumrichtersysteme 1, 2 seriell miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt der Teilumrichtersysteme 1, 2 bildet einen Ausgangsanschluss A. Jedes Teilumrichtersystem 1, 2 umfasst allgemein eine Induktivität L1, L2 und mindestens eine dazu seriell geschaltete zweipolige Schaltzelle 3. Im Falle mehrerer Schaltzellen 3 eines Teilumrichtersystems 1, 2 sind diese Schaltzellen 3 seriell miteinander verbunden, wie in Fig. 2 gezeigt. Jede Schaltzelle 3 weist zwei in Serie geschaltete ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter mit gesteuerter unidirektionaler Stromführungsrichtung und einen zu der Serienschaltung der Leistungshalbleiterschalter parallel geschalteten kapazitiven Energiespeicher auf. Der ansteuerbare Leistungshalbleiterschalter ist insbesondere als Abschaltthyristor (GTO - Gate Turn-Off Thyristor) oder als integrierter Thyristor mit kommutierter Ansteuerelektrode (IGCT - Integrated Gate Commutated Thyristor) mit jeweils einer antiparallel geschalteten Diode ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, einen ansteuerbaren Leistungshalbleiterschalter beispielsweise als Leistungs-MOSFET mit zusätzlich antiparallel geschalteter Diode oder als Bipolartransistor mit isoliert angeordneter Gateelektrode (IGBT) mit zusätzlich antiparallel geschalteter Diode auszubilden. Vorzugsweise entspricht die Anzahl Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 der Anzahl Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2.
Verfahrensmässig werden die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 mittels eines Ansteuersignals S1 und die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2 mittels eines weiteren Ansteuersignals S2 angesteuert. Das Ansteuersignal S1 der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 und das Ansteuersignal S2 der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2 ist für jede Schaltzelle 3 vorzugsweise zeitlich versetzt, so dass jede Schaltzelle 3 vorteilhaft zeitlich versetzt angesteuert werden kann. Erfindungsgemäss wird nun für jeden Phasenbaustein 11 das Ansteuersignal S1 aus einem Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und einer Schaltfunktion α₁ für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1, insbesondere aus der Summe beider Grössen, gebildet, und das weitere Ansteuersignal S2 wird aus dem Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und einer Schaltfunktionen α₂ für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2, insbesondere aus der Summe beider Grössen, gebildet, wobei die Schaltfunktionen α₁, α₂ mittels eines Spannungssignals V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A des zugehörigen Phasebausteins 11 und einem wählbaren Referenzsignal V_ref, insbesondere gleichzeitig, gebildet werden, wobei die Spannungssignale V_A bezüglich der Spannung V_u an den Ausgangsanschlüssen A der Phasenbausteine 11 phasengleich gewählt werden. Beim Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 handelt es sich um einen Spannungssollwert über den Induktivitäten L1, L2. Vorzugsweise wird als Referenzsignal V_ref ein Referenzspannungssignal bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A gewählt, welches beispielsweise durch Ausregelung des Istwertes des Stromes i_u am Ausgangsanschluss A auf einen Sollwert gebildet wird.
Mittels des Spannungssignals V_L über den Induktivitäten L1, L2 für die Erzeugung des Ansteuersignals S1 und des weiteren Ansteuersignals S2 und durch das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A zur Erzeugung der Schaltfunktionen α₁, α₂, kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Spannungswelligkeit an den kapazitiven Energiespeichern bei einem gewünschten Strom i_u am Ausgangsanschluss A der Umrichterschaltung signifikant verringert werden kann, wodurch die Auslegung bzw. Dimensionierung der kapazitiven Energiespeicher lediglich bezüglich der nun verringerten Spannungswelligkeit erfolgen muss und damit unabhängig von dem gewünschten Ausgangsstrom i_u ist. Allgemein kann das Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A einen beliebigen zeitlichen Verlauf aufweisen. Das Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A kann also beispielsweise eine sinusförmige Schwingung sein.
Ein Ziel ist es beispielsweise, dass aus der Leistung, die aus dem Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss und aus einem Stromsignal V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 gebildet wird, der unerwünschte Anteil in den kapazitiven Energiespeichern der Schaltzellen 3 kompensiert wird. Beim Stromsignal V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 durch handelt es sich um einen Stromsollwert eines Kreisstromes, der durch die Teilumrichtersysteme 1, 2 der Umrichterschaltung, nicht jedoch über den Ausgangsanschluss A fliesst. Allgemein gilt:

Wenn ein Strom i_u am Phasenausgang A fliesst und eine Spannung V_u am Phasenausgang A anliegt, dann ist die Leistung in den kapazitiven Energiespeichern der oberen Schaltzellen 3 P_C,1=(i_U(t)/2+i_X(t))·V_U1(t), mit i_U/2 = halber Laststrom, i_X= eingeprägter Kreisstrom (kann der Einfachheit halber Null sein, muss aber nicht), V_U1=Zweigspannung über den oberen Schaltzellen 3. Das ergibt mit i_X=0 eine Leistung P_C,1=i_U(t)/2·V_U1(t)
Nun wird gezielt besagtes Stromsignal V_i(t) der Teilumrichtersysteme 1, 2 und besagtes Spannungssignal V_A(t) am Phasenausgang A eingeprägt. Letztere taucht auch in der Zweigspannung V_U1 über den oberen Schaltzellen 3 auf, so dass die Leistung nun P_C,1=(i_U(t)/2+V(t)) (V_U1(t)+V_A(t))=i_U(t)/2V_U1(t)+i_U(t)/2·V_A(t)+V_i(t) V_U1(t)+ V_i(t)·V_A(t).
Kompensiert werden soll i_U(t)/2·V_U1(t) und zwar durch einen Anteil der Leistung V_i(t)·V_A(t). Die zusätzlich auftretenden Leistungen i_U(t)/2·V_A(t)+V_i(t)-V_U1(t) werden im allgemeinen nicht kompensiert.
Dieses Verfahren macht Sinn, wenn die Leistungen i_U(t)/2·V_A(t)+ V_i(t)·V_U1(t) und der unkompensierte Anteil der Leistung V_i(t)*V_A(t) jeweils Frequenzanteile enthalten deren Verhältnis zwischen Amplitude zu Frequenz geringer ist als die der Frequenzanteile in i_U(t)·V_U1(t) und somit eine geringere Spannungsschwankung im kapazitiven Energiespeicher hervorrufen. Alle V_i(t) und V_A(t), die zu diesem Ergebnis führen, sind für das beschriebene Verfahren einsetzbar.

Nach der Erfindung wird die Schaltfunktion α₁ für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 aus dem Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A und dem wählbaren Referenzsignal V_ref nach folgender Formel gebildet: $α_{1} = \frac{1}{2} (1 - V_{ref} - V_{A})$
Desweiteren wird Schaltfunktion α₂ für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2 aus dem Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A und dem wählbaren Referenzsignal V_ref nach folgender Formel gebildet: $α_{2} = \frac{1}{2} (1 + V_{ref} + V_{A})$
Ein besonders einfaches Verfahren ergibt sich, wenn das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss und ein Stromsignal V_i als Schwingungssignal, beispielsweise als sinusförmige Schwingung, gewählt wird. Auf diesen Sachverhalt wird nachfolgend näher eingegangen.
Nach der Erfindung wird für jeden Phasenbaustein 11 das Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 aus einem Stromsignal V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 gebildet, wie nachfolgende Formel verdeutlicht: $V_{L} = V_{i} \cdot (jω (L 1 + L 2))$
Das Stromsignal V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 wird für jeden Phasenbaustein 11 vorzugsweise wiederum aus einem Stromsignalamplitudenwert A_h gebildet, insbesondere durch Multiplikation des Stromsignalamplitudenwertes A_h mit einer Schwingung frei wählbarer Frequenz ω und Phasenverschiebung ϕ, wie nachfolgende Formel verdeutlicht: $V_{i} = A_{h} \cdot \cos (ωt + ϕ)$
Der Stromsignalamplitudenwert A_h in Formel [4] wird für jeden Phasenbaustein 11 allgemein aus dem Stromistwert i_u am Ausgangsanschluss A, insbesondere aus dem Gleichstromanteil l₀ des Stromes i_u am Ausgangsanschluss A, welcher Stromistwert i_u beispielweise gemessen wird, und dem Referenzsignal V_ref gebildet. Der Strom i₁ durch das erste Teilumrichtersystem 1 und der Strom i₂ durch das zweite Teilumrichtersystem 2 ergeben sich folgendermassen: $i_{1} (t) = \frac{I_{0}}{2} \cdot [1 + V_{ref} + M_{h} \cdot \cos (ω t + ϕ)] + A_{h} \cdot \cos (ω t + ϕ)$
$i_{2} (t) = \frac{I_{0}}{2} \cdot [- 1 + V_{ref} + M_{h} \cdot \cos (ω t + ϕ)] + A_{h} \cdot \cos (ω t + ϕ)$
und die Ströme i_c,1 in den kapazitiven Energiespeichern der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 die Ströme i_c,2 in kapazitiven Energiespeichern der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2 ergeben sich dann zu: $i_{c, 1} (t) = \frac{I_{0}}{4} (1 + V_{ref}) (1 - V_{ref}) + (\frac{I_{0} \cdot M_{h}}{4} (1 - V_{ref})) + \frac{A_{h}}{2} (1 - V_{ref}) - \frac{I_{0} \cdot M_{h}}{4} (1 + V_{ref}) \cos (ωt + ϕ) - \frac{I_{0} \cdot M_{h}^{2}}{8} (1 + \cos (2 \cdot (ωt + ϕ))) - \frac{A_{h} \cdot M_{h}}{4} (\cos (Δ ϕ) (1 + \cos) (2 \cdot (ω t + ϕ)))$
$i_{c, 2} (t) = \frac{I_{0}}{4} (1 + V_{ref}) (1 - V_{ref}) + (- \frac{I_{0} \cdot M_{h}}{4} (1 - V_{ref}) + \frac{A_{h}}{2} (1 - V_{ref}) - \frac{I_{0} \cdot M_{h}}{4} (1 + V_{ref})) \cos (ωt + ϕ) + \frac{I_{0} \cdot M_{h}^{2}}{8} (1 + \cos (2 \cdot (ωt + ϕ))) - \frac{A_{h} \cdot M_{h}}{4} (\cos (Δ ϕ) (1 + \cos) (2 \cdot (ω t + ϕ)))$
Die Gleichungen [4.3] und [4.4] enthalten jeweils DC Anteile, die sich vorteilhaft gegenseitig aufheben sollen, so dass sich aus der Gleichung [4.3] bzw. [4.4] zur Bildung des Stromsignalamplitudenwertes A_h folgender Zusammenhang nach der Formel [5.1] ergibt: $\frac{1}{2} I_{0} \cdot M_{h}^{2} + A_{h} \cdot M_{h} \cdot \cos (Δϕ) - (1 + V_{ref}) \cdot (1 - V_{ref}) \cdot I_{0} \equiv 0$
und beispielsweise nach Formel [5.2] $A_{h} \equiv M_{h}$
gesetzt, wobei Δϕ allgemein der Phasenunterschied zwischen den eingeprägten Schwingungen und der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das Verhältnis von A_h zu M_h in Formel [5.2] nur beispielhaft gewählt ist, d.h. das Verhältnis von A_h zu M_h kann allgemein frei gewählt werden. Zur Bestimmung des Stromsignalamplitudenwertes A_h muss Formel [5.1] somit lediglich noch nach dem Stromsignalamplitudenwert A_h aufgelöst werden.
Ferner wird für jeden Phasenbaustein 11 das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A allgemein aus einem Spannungssignalamplitudenwert M_h gebildet, vorzugsweise durch Multiplikation des Spannungssignalamplitudenwertes M_h mit einer Schwingung frei wählbarer Frequenz w und Phasenverschiebung ϕ, wie nachfolgende Formel verdeutlicht: $V_{A} = M_{h} \cdot \cos (ωt + ϕ)$
Allgemein wird für jeden Phasenbaustein 11 der Spannungssignalamplitudenwert M_h aus dem Stromistwert i_u am Ausgangsanschluss A und dem Referenzsignal V_ref gebildet, wobei vorteilhaft auf Formel [5.1] und [5.2] zurückgegriffen werden kann und zur Bestimmung des Spannungssignalamplitudenwertes M_h Formel [5.1] nur noch nach dem Spannungssignalamplitudenwert M_h aufgelöst werden muss.
Für jeden Phasenbaustein 11 weist das Stromsignal V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2, das Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A vorzugsweise dieselbe Frequenz w auf. Desweiteren weist für jeden Phasenbaustein 11 das Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und das Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A vorteilhaft dieselbe Phasenverschiebung ϕ auf, wobei die dieselbe Phasenverschiebung ϕ nicht zwingend notwendig ist.
Wie bereits eingangs erwähnt, weist die Umrichterschaltung allgemein mindestens zwei Phasenbausteine 11 auf, so dass eine mehrphasige Umrichterschaltung realisiert ist. Durch die phasengleiche Wahl der Spannungssignale V_A bezüglich der Spannung V_u an den Ausgangsanschlüssen A der Phasenbausteine 11 ist es nach dem erfindungsgemässen Verfahren vorteilhaft möglich, einen Gesamtausgangsstrom i_ug, beispielsweise durch eine an die Ausgangsanschlüsse A angeschlossene mehrphasige elektrische Last, mit einem reinen Gleichanteil zu erzeugen, wobei nur die eingeprägten Schwingungen die Spannungswelligkeit an den kapazitiven Energiespeichern der Schaltzellen 3 beeinflussen und die Spannungswelligkeit damit klein gehalten werden kann. Die eingeprägten Schwingungen erscheinen dann an der mehrphasigen elektrischen Last als Gleichtaktspannung. Diese Gleichtaktspannung erzeugt keine zusätzlichen Stromschwingungen, so dass besagter Gleichanteil mit Vorteil erreicht werden kann. Vorteilhaft kann die Auslegung bzw. Dimensionierung der kapazitiven Energiespeicher nur bezüglich der nun geringen Spannungswelligkeit erfolgen, d.h. unabhängig von dem gewünschten Ausgangsstrom i_u. Dieses Verfahren wird z.B. bei der Übermodulation eingesetzt. Im Gegensatz zur Übermodulation ist hier die Frequenz und Phasenlage der Gleichtaktspannung beliebig. Der dann mehrphasige Gesamtausgangsstrom i_ug ist ein besagter reiner Gleichstrom, d.h. dieser weist keine Wechselanteile auf.
Der Gesamtausgangsstrom i_ug ergibt sich demnach zu $i_{ug} (t) = I_{0}$
wobei l₀ der besagte reine Gleichanteil ist. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 3 ein zeitlicher Verlauf eines Gesamtausgangsstromes i_ug. der Umrichterschaltung dargestellt.
Darüber hinaus zeigt Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf einer Spannung V_u am Ausgangsanschluss A der Umrichterschaltung. In Fig. 5 ist schliesslich ein zeitlicher Verlauf des Stromes i₁ durch das erste Teilumrichtersystem 1 und des Stromes i₂ durch das zweite Teilumrichtersystem 2 gezeigt, wobei in beiden Strömen i₁, i₂ ebenfalls ein Gleichanteil und ein Wechselanteil der Frequenz w, herrührend von den vorstehend genannten eingeprägten Schwingungen, enthalten ist. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Ströme in den kapazitiven Energiespeichern keinen Gleichanteil und ebenfalls Wechselanteile der Frequenz w aber auch der zweifachen Frequenz w der vorstehend genannten eingeprägten Schwingungen aufweisen.
Soll der Strom i_u am Ausgangsanschluss A einen gewünschten Wechselanteil î_u · COS(ω_ut + ϕ_u) der Frequenz ω_u und eine gewünschte Phasenverschiebung ϕ_u aufweisen, so ändert sich Formel [5.1] wie folgt: $\frac{1}{2} {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u}) \cdot {M_{h}}^{2} + A_{h} \cdot M_{h} \cos (Δϕ) - (1 + V_{ref}) \cdot (1 - V_{ref}) \cdot {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u}) \equiv 0$
wobei zur Bestimmung des Stromsignalamplitudenwertes A_h dann wieder auf Formel [5.2] zurückgegriffen werden kann und der Stromsignalamplitudenwert A_h und der Spannungssignalamplitudenwert M_h wie vorstehend bereits beschrieben aus Formel [8] und Formel [5.2] bestimmt werden kann. Es ergibt sich der Strom i_u am Ausgangsanschluss A dann in gewünschter Weise zu $i_{u} (t) = {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u})$
Die erfindungsgemässe Vorrichtung nach Fig. 1 weist eine der Erzeugung des Ansteuersignals S1 dienende erste Ansteuerschaltung 4 für jeden Phasenbaustein 11 auf, welche erste Ansteuerschaltung 4 mit den Leistungshalbleiterschaltern der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 verbunden ist. Ferner ist eine der Erzeugung des weiteren Ansteuersignals S2 dienende zweite Ansteuerschaltung 5 für jeden Phasenbaustein 11 vorgesehen, welche zweite Ansteuerschaltung 5 mit den Leistungshalbleiterschaltern der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2 verbunden ist. Erfindungsgemäss ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 der ersten Ansteuerschaltung 4 zur Bildung des Ansteuersignals S1 die Summe aus dem Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und der Schaltfunktion α₁ für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des ersten Teilumrichtersystems 1 zugeführt. Der zweiten Ansteuerschaltung 5 zur Bildung des weiteren Ansteuersignals S2 ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 die Summe aus dem Spannungssignal V_L über den Induktivitäten L1, L2 und der Schaltfunktion α₂ für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen 3 des zweiten Teilumrichtersystems 2 zugeführt. Zur Bildung des Ansteuersignals S1 und des weiteren Ansteuersignals S2 dient beispielsweise jeweils eine Zuordnungstabelle (look-up table) in der ersten und zweiten Ansteuerschaltung 4, 5, bei welcher der Schaltfunktion α₁ entsprechende Ansteuersignale S1 und bei welcher der Schaltfunktion α₂ entsprechende weiter Ansteuersignale S2 fest zugeordnet sind, oder beispielsweise jeweils ein Modulator, welcher auf einem Verfahren der Pulsweitenmodulation basiert. Weiterhin ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 eine erste Berechnungseinheit 6 zur Bildung der Schaltfunktionen α₁, α₂ mittels Berechnung gemäss Formel [1] und [2] aus dem Spannungssignal V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A und einem wählbaren Referenzsignal V_ref vorgesehen, wobei die Spannungssignale V_A bezüglich der Spannung V_u an den Ausgangsanschlüssen A der Phasenbausteine 11 phasengleich gewählt sind.
Gemäss Fig. 2 ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 eine zweite Berechnungseinheit 10 zur Bildung des Spannungssignals V_L über den Induktivitäten L1, L2 aus einem Stromsignal V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 vorgesehen, wobei die zweite Berechnungseinheit 10 die Bildung des Spannungssignals V_L über den Induktivitäten L1, L2 durch Berechnung mittels der Formel [3] durchführt.
Desweiteren ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 eine dritte Berechnungseinheit 7 zur Bildung des Stromsignals V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 aus einem Stromsignalamplitudenwert A_h vorgesehen, die die Bildung des Stromsignals V_i der Teilumrichtersysteme 1, 2 mittels Berechnung nach der Formel [4] ausführt.
Darüber hinaus ist bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 eine vierte Berechnungseinheit 9 zur Bildung des Stromsignalamplitudenwertes A_h aus dem Stromistwert i_u am Ausgangsanschluss A und dem Referenzsignal V_ref vorgesehen, wobei die vierte Berechnungseinheit 9 die Bildung des Stromsignalamplitudenwertes A_h durch Berechnung gemäss den Formeln [5.1] und [5.2] bzw. gemäss den Formeln [8] und [5.2] durchführt.
Eine bezüglich eines jeden Phasenbausteins 11 vorgesehene fünfte Berechnungseinheit 8 dient der Bildung des Spannungssignals V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A aus einem Spannungssignalamplitudenwert M_h, wobei die fünfte Berechnungseinheit 8 die der Bildung des Spannungssignals V_A bezüglich der Spannung V_u am Ausgangsanschluss A durch Berechnung nach Formel [6] ausführt.
Die bereits erwähnte vierte Berechnungseinheit 9 dient ebenfalls zur Bildung des Spannungssignalamplitudenwertes M_h aus dem Stromistwert i_u am Ausgangsanschluss A und dem Referenzsignal V_ref, wobei die vierte Berechnungseinheit 9 die Bildung des Spannungssignalamplitudenwertes M_h durch Berechnung nach den Formeln [5.1] und [5.2] bzw. gemäss den Formeln [8] und [5.2] durchführt.
Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die, insbesondere in Fig. 2 gezeigte, erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Betrieb der Umrichterschaltung sehr einfach und kostengünstig realisiert werden kann, da der Schaltungsaufwand äusserst gering ist und zudem nur eine geringe Anzahl an Bauelementen für den Aufbau benötigt wird. Somit ist mit dieser Vorrichtung das erfindungsgemässe Verfahren besonders einfach durchführbar.

Bezugszeichenliste

1: erstes Teilumrichtersystem
2: zweites Teilumrichtersystem
3: Schaltzelle
4: erste Ansteuerschaltung
5: zweite Ansteuerschaltung
6: erste Berechnungseinheit
7: dritte Berechnungseinheit
8: fünfte Berechnungseinheit
9: vierte Berechnungseinheit
10: zweite Berechnungseinheit
11: Phasenbaustein

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung, wobei die Umrichterschaltung mindestens zwei Phasenbausteine (11) aufweist, wobei jeder Phasenbaustein (11) ein erstes und ein zweites Teilumrichtersystem (1) aufweist, für jeden Phasenbaustein (11) die Teilumrichtersysteme (2) seriell miteinander verbunden sind, der Verbindungspunkt der beiden Teilumrichtersysteme (1, 2) einen Ausgangsanschluss (A) bildet, jedes Teilumrichtersystem (1, 2) eine Induktivität (L1, L2) und mindestens eine dazu seriell geschaltete zweipolige Schaltzelle (3) umfasst und jede Schaltzelle (3) zwei in Serie geschaltete ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter mit gesteuerter unidirektionaler Stromführungsrichtung und einen zu der Serienschaltung der Leistungshalbleiterschalter parallel geschalteten kapazitiven Energiespeicher aufweist,
bei dem die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen (3) des ersten Teilumrichtersystems (1) mittels eines Ansteuersignals (S1) und die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen (3) des zweiten Teilumrichtersystems (2) mittels eines weiteren Ansteuersignals (S2) angesteuert werden,
dass für jeden Phasenbaustein (11) das Ansteuersignal (S1) aus einer Schaltfunktionen (α₁) für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen (3) des ersten Teilumrichtersystems (1) gebildet wird,
dass das weitere Ansteuersignal (S2) aus einer Schaltfunktionen (α₂) für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen (3) des zweiten Teilumrichtersystems (2) gebildet wird,
dass die Schaltfunktionen (α₁, α₂) mittels eines Spannungssignals (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) des zugehörigen Phasebausteins (11) und einem wählbaren Referenzsignal (V_ref) gebildet werden, wobei die Spannungssignale (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) an den Ausgangsanschlüssen (A) der Phasenbausteine (11) phasengleich gewählt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Phasenbaustein (11) das Ansteuersignal (S1) und das weitere Ansteuersignal (S2) zusätzlich aus einem Spannungssignal (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) gebildet werden,
dass für jeden Phasenbaustein (11) das Spannungssignal (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) aus einem Stromsignal (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2) gebildet wird,
dass für jeden Phasenbaustein (11) das Stromsignal (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2) aus einem Stromsignalamplitudenwert (A_h) gebildet wird,
dass für jeden Phasenbaustein (11) für den Gleichstrombetrieb der Stromsignalamplitudenwert (A_h) aus dem Stromistwert (i_u) am Ausgangsanschluss (A) und dem Referenzsignal (V_ref) gemäss der Formel $\frac{1}{2} I_{0} \cdot M_{h}^{2} + A_{h} \cdot M_{h} \cdot \cos (Δϕ) - (1 + V_{ref}) \cdot (1 - V_{ref}) \cdot I_{0} \equiv 0$
mit A_h ≡ M_h
gebildet wird, wobei l₀ ein Gleichstromanteil des Stromistwertes (i_u) am Ausgangsanschluss (A) ist, M_h ein Spannungssignalamplitudenwert ist und Δϕ der Phasenunterschied zwischen dem Stromsignal (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2) und der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss A ist, und
dass für jeden Phasenbaustein (11) für Wechselstrombetrieb der Stromsignalamplitudenwert (A _h ) aus dem Stromistwert (i _u ) am Ausgangsanschluss (A) und dem Referenzsignal (V _ref ) gemäss der Formel $\frac{1}{2} {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u}) \cdot {M_{h}}^{2} + A_{h} \cdot M_{h} \cos (Δϕ) - (1 + V_{ref}) \cdot (1 - V_{ref}) \cdot {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u}) \equiv 0$
mit A_h ≡ M_h
gebildet wird, wobei î _u der Amplitudenwert des Stromistwertes (i _u ), ω _u die Frequenz des Strom istwertes (i _u ) und ϕ _u die Phasenverschiebung des Stromistwertes (i _u ) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Phasenbaustein (11) das Spannungssignal (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) aus dem Spannungssignalamplitudenwert (M_h) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Phasenbaustein (11) der Spannungssignalamplitudenwert (M_h) aus dem Stromistwert (i_u) am Ausgangsanschluss (A) und dem Referenzsignal (V_ref) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Phasenbaustein (11) das Stromsignal (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2), das Spannungssignal (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) und das Spannungssignal (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) dieselbe Frequenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Phasenbaustein (11) das Spannungssignal (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) und das Spannungssignal (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) dieselbe Phasenverschiebung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Phasenbaustein (11) als Referenzsignal (V_ref) ein Referenzspannungssignal bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) gewählt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Umrichterschaltung, wobei die Umrichterschaltung mindestens zwei Phasenbausteine (11) aufweist und jeder Phasenbausteine (11) ein erstes und ein zweites Teilumrichtersystem (1) umfasst, für jeden Phasenbaustein (11) die Teilumrichtersysteme (2) seriell miteinander verbunden sind, der Verbindungspunkt der beiden Teilumrichtersysteme (1, 2) einen Ausgangsanschluss (A) bildet, jedes Teilumrichtersystem (1, 2) eine Induktivität (L1, L2) und mindestens eine dazu seriell geschaltete zweipolige Schaltzelle (3) umfasst und jede Schaltzelle (3) zwei in Serie geschaltete ansteuerbare bidirektionale Leistungshalbleiterschalter mit gesteuerter unidirektionaler Stromführungsrichtung und einen zu der Serienschaltung der Leistungshalbleiterschalter parallel geschalteten kapazitiven Energiespeicher aufweist,
mit einer der Erzeugung eines Ansteuersignals (S1) dienenden ersten Ansteuerschaltung (4) für jeden Phasenbaustein (11), welche erste Ansteuerschaltung (4) mit den Leistungshalbleiterschaltern der Schaltzellen (3) des ersten Teilumrichtersystems (1) verbunden ist, und mit einer der Erzeugung eines weiteren Ansteuersignals (S2) dienenden zweiten Ansteuerschaltung (5) für jeden Phasenbaustein (11), welche zweite Ansteuerschaltung (5) mit den Leistungshalbleiterschaltern der Schaltzellen (3) des zweiten Teilumrichtersystems (2) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) der ersten Ansteuerschaltung (4) zur Bildung des Ansteuersignals (S1) die Summe aus einem Spannungssignal (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) und einer Schaltfunktion (α₁) für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen (3) des ersten Teilumrichtersystems (1) zugeführt ist,
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) der zweiten Ansteuerschaltung (5) zur Bildung des weiteren Ansteuersignals (S2) die Summe aus dem Spannungssignal (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) und einer Schaltfunktion (α₂) für die Leistungshalbleiterschalter der Schaltzellen (3) des zweiten Teilumrichtersystems (2) zugeführt ist,
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) eine erste Berechnungseinheit (6) zur Bildung der Schaltfunktionen (α₁, α₂) aus einem Spannungssignal (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) und einem wählbaren Referenzsignal (V_ref) vorgesehen ist, wobei die Spannungssignale (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) an den Ausgangsanschlüssen (A) der Phasenbausteine (11) phasengleich gewählt sind,
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) eine zweite Berechnungseinheit (10) zur Bildung des Spannungssignals (V_L) über den Induktivitäten (L1, L2) aus einem Stromsignal (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2) vorgesehen ist,
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) eine dritte Berechnungseinheit (7) zur Bildung des Stromsignals (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2) aus einem Stromsignalamplitudenwert (A_h) vorgesehen ist,
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) eine vierte Berechnungseinheit (9) für den Gleichstrombetrieb zur Bildung des Stromsignalamplitudenwertes (A_h) aus dem Stromistwert (i_u) am Ausgangsanschluss (A) und dem Referenzsignal (V_ref) gemäss der Formel $\frac{1}{2} I_{0} \cdot {M_{h}}^{2} + A_{h} \cdot M_{h} \cdot \cos (Δϕ) - (1 + V_{ref}) \cdot (1 - V_{ref}) \cdot I_{0} \equiv 0$
mit A_h ≡ M_h
vorgesehen ist, wobei l₀ ein Gleichstromanteil des Stromistwertes (i_u) am Ausgangsanschluss (A) ist, M_h ein Spannungssignalamplitudenwert ist und Δϕ der Phasenunterschied zwischen dem Stromsignal (V_i) der Teilumrichtersysteme (1, 2) und der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss A ist, und
dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) die vierte Berechnungseinheit (9) für den Wechselstrombetrieb zur Bildung des Stromsignalamplitudenwertes (A _h ) aus dem Stromistwert (i _u ) am Ausgangsanschluss (A) und dem Referenzsignal (V _ref ) gemäss der Formel $\frac{1}{2} {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u}) \cdot {M_{h}}^{2} + A_{h} \cdot M_{h} \cos (Δϕ) - (1 + V_{ref}) \cdot (1 - V_{ref}) \cdot {\hat{i}}_{u} \cdot \cos (ω_{u} t + ϕ_{u}) \equiv 0$
mit A_h ≡ M_h vorgesehen ist, wobei î _u der Amplitudenwert des Stromistwertes (i _u ), ω _u die Frequenz des Strom istwertes (i _u ) und ϕ _u die Phasenverschiebung des Stromistwertes (i _u ) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) einen fünfte Berechnungseinheit (8) zur Bildung des Spannungssignals (V_A) bezüglich der Spannung (V_u) am Ausgangsanschluss (A) aus einem Spannungssignalamplitudenwert (M_n) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich eines jeden Phasenbausteins (11) die vierte Berechnungseinheit (9) zur Bildung des Spannungssignalamplitudenwertes (M_h) aus dem Stromistwert (i_u) am Ausgangsanschluss (A) und dem Referenzsignal (V_ref) vorgesehen ist.